Około 1159 roku
matematyk Bhaskara Uczony
zaprojektował koło zawierające wygięte pojemniki z rtęcią.
Zakładał, że przy obrocie koła
rtęć będzie przelewać się na dno każdego zbiornika,
sprawiając, że po jednej stronie koło zawsze będzie cięższe.
Brak równowagi miał utrzymywać je w ciągłym ruchu.
Szkic Bhaskary był jednym z najstarszych projektów
perpetuum mobile,
urządzenia wiecznie poruszającego się bez pobierania energii z zewnątrz.
Wyobraźcie sobie wiatrak napędzany wytwarzanym przez siebie podmuchem wiatru.
Albo żarówkę, której światło generuje własny prąd.
Urządzenia te pobudzają wyobraźnię wielu wynalazców,
ponieważ mogą zmienić nasz stosunek do energii.
Gdyby zbudować perpetuum mobile,
którego idealnie wydajny system składałby się częściowo z ludzi,
mogłoby ono podtrzymywać życie w nieskończoność.
Jest tylko jeden problem.
Urządzenia te nie działają.
Wszystkie pomysły na perpetuum mobile
są sprzeczne z zasadami termodynamiki,
dziedziny fizyki opisującej związek
między różnymi rodzajami energii.
Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że energia nie tworzy się i nie znika.
Nie można otrzymać więcej energii, niż się dostarczyło.
To wyklucza stworzenie perpetuum mobile,
ponieważ maszyna może wyprodukować tylko tyle energii, ile jej zużywa.
Nie zostałoby nic do napędu samochodu czy doładowania telefonu.
A gdyby stworzyć maszynę wiecznie napędzającą tylko samą siebie?
Wynalazcy przedstawili wiele pomysłów.
Kilka z nich było wariantami koła Bhaskary
z toczącymi się kulkami czy ciężarkami wiszącymi na ruchomych ramionach.
Żaden z nich nie działał.
Ruchome części obciążające jedną część koła
przenoszą środek ciężkości w dół poniżej osi obrotu.
Przy takim jego umiejscowieniu
koło tylko huśta się jak wahadło raz w jedną, raz w drugą stronę,
by w końcu się zatrzymać.
Co z innymi pomysłami?
W XVII wieku Robert Boyle
wymyślił samonapełniający się zbiornik.
Rozumował, że zjawiska kapilarne
wynikające z przyciągania między cieczą a powierzchnią,
które przepycha wodę przez cienkie rurki,
powinny pozwolić wodzie krążyć w zbiorniku w nieskończoność.
Ale jeśli zjawiska kapilarne mogą pokonać siłę grawitacji
i podciągnąć słup wody,
to również zapobiegają jej ponownemu opadnięciu.
Istnieją też wersje z magnesami, jak ten zestaw ramp.
Zadaniem magnesu na górze jest przyciągnięcie metalowej kulki,
która następnie ma wpaść do otworu
i powtórzyć cały cykl.
To nie działa, gdyż podobnie jak w przypadku zbiornika z wodą,
magnes zatrzymuje kulkę na górze.
Nawet jeśli kulka by spadła,
siła magnesu z czasem zaczęłaby słabnąć,
a w końcu przestałaby działać.
Aby móc poruszać się w nieskończoność,
maszyny musiałyby wytwarzać dodatkową energię,
która zapobiegłaby zatrzymaniu się systemu.
To niezgodne z pierwszą zasadą termodynamiki.
Niektóre urządzenia wydają się poruszać w nieskończoność,
ale w rzeczywistości pobierają energię
z zewnętrznego źródła.
Nawet gdyby udało się zaprojektować maszynę
zgodną z pierwszą zasadą termodynamiki,
urządzenie i tak nie zadziałałoby z powodu drugiej zasady.
Druga zasada termodynamiki mówi,
że energia rozchodzi się w takich procesach jak tarcie.
Każde takie urządzenie składa się z ruchomych części
albo wchodzi w interakcję z cząstkami powietrza lub cieczy,
co generuje niewielkie tarcie i ciepło,
nawet w próżni.
Ciepło to uciekająca energia,
więc będzie jej coraz mniej
do napędzania maszyny,
która w końcu musi się zatrzymać.
Obecnie dwie zasady termodynamiki
nie pozwalają stworzyć perpetuum mobile
i zrealizować marzeń o wygenerowaniu idealnie wydajnej energii.
Nie można jednak wykluczyć, że nigdy ono nie powstanie,
bo wszechświat wciąż kryje wiele zagadek.
Być może odkryjemy nowe formy materii
i będziemy musieli określić zasady termodynamiki na nowo.
Być może wieczny ruch istnieje w mikroskali na poziomie kwantów.
Możemy być tylko pewni, że nigdy nie przestaniemy go szukać.
Jak dotąd naprawdę wieczne są jedynie nasze poszukiwania.